题目内容

【题目】质量m=0.1g,带电荷量q=-4×10-7C的带电粒子以v0=10m/s的速度从水平放置的平行金属板A、B的中央飞入板间,刚好从A板边缘飞出电场区域,如图所示,已知板长L=1.0m,板间距离d=0.06m,不计粒子重力,试求:

①带电粒子在电场中运动的时间

②带电粒子的加速度大小

③A、B两板间的电压

【答案】(1)0.1s;(2)6m/s2;(3)90V

【解析】

试题带电粒子在垂直电场方向上做匀速直线运动,在沿电场方向做匀加速直线运动,根据水平位移和初速度求出粒子在电场中的运动时间根据牛顿第二定律求出加速度,再结合场强公式即可求出板间的电压

①带电粒子在垂直电场方向上做匀速直线运动,根据

代入数据可得:

②在竖直匀加速直线运动

在水平方向上:

联立以上可得:

③根据牛顿第二定律可得加速度大小为:

联立以上代入数据可得:

练习册系列答案
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【题目】电磁弹射在电磁炮航天器舰载机等需要超高速的领域中有着广泛的应用1所示为电磁弹射的示意图。为了研究问题的方便,将其简化为如图2所示的模型(俯视图)。发射轨道被简化为两个固定在水平面上、间距为L且相互平行的金属导轨,整个装置处于竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。发射导轨的左端为充电电路,已知电源的电动势为E,电容器的电容为C,子弹载体被简化为一根质量为m、长度也为L的金属导体棒,其电阻为r。金属导体棒,其电阻为r。金属导体棒垂直放置于平行金属导轨上,忽略一切摩擦阻力以及导轨和导线的电阻。

(1)发射前,将开关Sa,先对电容器进行充电。

a.求电容器充电结束时所带的电荷量Q;

b.充电过程中电容器两极板间的电压y随电容器所带电荷量q发生变化。请在图3中画出u-q图像;并借助图像求出稳定后电容器储存的能量E0

(2)电容器充电结束后,将开关b,电容器通过导体棒放电,导体棒由静止开始运动,导体棒离开轨道时发射结束。电容器所释放的能量不能完全转化为金属导体棒的动能,将导体棒离开轨道时的动能与电容器所释放能量的比值定义为能量转化效率。若某次发射结束时,电容器的电量减小为充电结束时的一半,不计放电电流带来的磁场影响,求这次发射过程中的能量转化效率

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